衍射光波导及显示设备制造技术

本申请提供一种用于光学扩瞳的衍射光波导及显示设备。衍射光波导包括：有耦入和耦出区域的波导基板，耦出区域包括第一和第二耦出区域，和过渡区；耦入光栅；耦出光栅。耦出光栅包括第一和第二耦出光栅，和多个过渡耦出光栅，第一和第二耦出光栅沿第一方向排布，过渡区包括对应设在一过渡耦出光栅的多个分区，过渡耦出光栅包括第一、第二和第三矢量方向，第三矢量方向和第一耦出光栅的矢量方向平行，第一矢量方向和第三矢量方向具有第一夹角，第二矢量方向和第三矢量方向具有第二夹角，相邻两个过渡耦出光栅中与第二耦出光栅较近者对应的第一夹角大于较远者对应的第一夹角，和/或，与第二耦出光栅较近者对应的第二夹角大于较远者对应的第二夹角。远者对应的第二夹角。远者对应的第二夹角。

【技术实现步骤摘要】
衍射光波导及显示设备


[0001]本申请总地涉及衍射光学
，更具体地涉及一种衍射光波导及显示设备。

技术介绍

[0002]随着半导体工艺的高度发展，人与计算机之间的交互方式正在飞速发展，其中增强现实(Augmented Reality，AR)显示可以提供给人类以更多维度的信息，得到人们的广泛关注。AR眼镜是增强现实显示领域的重要媒介之一。衍射光波导具有可量产性强、轻薄等优势，在AR显示领域逐渐得到认可，有望成为未来AR领域主流技术发展方向，而耦出光栅则是衍射光波导的必要组成部分之一。
[0003]目前的耦出光栅为了同时达到比较大的FOV（Field Of View，可视角度）、比较良好的非均匀性以及较高的效率，通常需要对耦出光栅设计一定的二维光栅区域进行扩瞳（提升非均匀性潜力），在二维光栅区域的两侧一定的一维光栅区域来提高效率。
[0004]然而，一维区域和二维区域的耦出效率相差较大，通常为3倍以上的数量关系，甚至可以达到6倍以上。这就造成了两侧一维区域和中间二维区域的耦出强度相差较大的问题，最终会产生一个明显的亮
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暗
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亮的分界，这对于非均匀性指标来说是不友好的，对于人眼的观察来说也是不友好的。
[0005]因此，有必要对衍射光波导及显示设备进行改进，以解决至少一个技术问题。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题中的至少一个而提出了本申请。具体地，本申请第一方面提供一种用于光学扩瞳的衍射光波导，包括：波导基板，所述波导基板包括耦入区域和耦出区域，其中，所述耦出区域包括第一耦出区域、第二耦出区域和过渡区，所述过渡区设置于所述第一耦出区域和所述第二耦出区域之间；耦入光栅，设置在所述波导基板之上或之中并位于所述耦入区域，配置为将输入光耦合到所述波导基板中以使之通过全反射在所述波导基板内传播；耦出光栅，设置在所述波导基板之上或之中并位于所述耦出区域，用于使传播到其中的光的至少一部分通过衍射耦合出所述波导基板，其中，所述耦出光栅包括设置于所述第一耦出区域的第一耦出光栅、设置于所述第二耦出区域的第二耦出光栅和设置于所述过渡区的多个过渡耦出光栅，所述第一耦出光栅包括一维光栅，所述第二耦出光栅包括二维光栅，所述第一耦出光栅和所述第二耦出光栅沿第一方向排布，所述过渡区包括多个分区，每个分区对应设置一所述过渡耦出光栅，其中，每个所述过渡耦出光栅包括第一矢量方向、第二矢量方向和第三矢量方向，每个所述过渡耦出光栅的第三矢量方向和所述第一耦出光栅的矢量方向平行，所述第一矢量方向和所述第三矢量方向具有第一夹角，所述第二矢量方向和所述第三矢量方向具有第二夹角，任意在与所述第一方向平行的方向上相邻的两个所述过渡耦出光栅中与所述第二耦出光栅距离
较近者对应的所述第一夹角大于距离较远者对应的所述第一夹角，和/或，任意在与所述第一方向平行的方向上相邻的两个所述过渡耦出光栅中与所述第二耦出光栅距离较近者对应的所述第二夹角大于距离较远者对应的所述第二夹角。
[0007]可选地，所述第二耦出光栅邻近所述耦入光栅的区域在所述第一方向上具有第一长度，所述耦入光栅在所述第一方向上具有第二长度，其中，所述第一长度不小于所述第二长度。
[0008]可选地，所述第三矢量方向与第二方向成预定角度，每个所述过渡耦出光栅的第一矢量方向与所述第二方向成第一角度，每个所述过渡耦出光栅的第二矢量方向与所述第二方向成第二角度，其中，所述第二方向和所述第一方向垂直，所述第一角度不大于所述预定角度且大于10度，所述第二角度小于120度且不小于所述预定角度。
[0009]可选地，任意在与所述第一方向平行的方向上相邻的两个所述过渡耦出光栅中与所述第二耦出光栅距离较近者对应的所述第一角度小于距离较远者对应的所述第一角度，和/或，任意在与所述第一方向平行的方向上相邻的两个所述过渡耦出光栅中与所述第二耦出光栅距离较近者对应的所述第二角度大于距离较远者对应的所述第二角度。
[0010]可选地，所述第一角度不大于所述预定角度且大于30度。
[0011]可选地，所述第一耦出光栅包括多个光栅线，每个所述过渡耦出光栅由周期性排列的多个周期性结构构成，每个所述周期性结构包括第一光栅特征和与所述第一光栅特征连接的第二光栅特征，其中，所述第一光栅特征在与所述第一矢量方向平行的方向上具有第一宽度，所述第二光栅特征在与所述第二矢量方向平行的方向上具有第二宽度。
[0012]可选地，所述第一宽度为所述光栅线的线宽的0.7倍到1.3倍；所述第二宽度为所述光栅线的线宽的0.7倍到1.3倍。
[0013]可选地，所述第二耦出区域的形状为以下形状中的任意一种：矩形、梯形、等腰三角形或梯形和矩形的组合图形。
[0014]可选地，所述第二耦出区域邻近所述耦入光栅的第一边处设置有倒角；和/或所述第二耦出区域还包括与所述第一边相对的第二边，所述第二耦出区域邻近所述第二边的位置处设置有倒角；和/或所述第二耦出区域至少有一个边为曲边。
[0015]可选地，所述第一耦出区域的数量为两个，两个所述第一耦出区域分别设置于所述第二耦出区域的两侧，在每个所述第一耦出区域和所述第二耦出区域之间均设置有所述过渡区。
[0016]可选地，两个所述第一耦出区域关于所述第二耦出区域的中轴线对称，所述中轴线与所述第一方向垂直。
[0017]可选地，所述过渡耦出光栅包括多条光栅折线，每条所述光栅折线包括连续连接排布的多个周期性结构，所述周期性结构的至少一个侧边为非直线侧边，所述非直线侧边的形状为以下形状中的一种：折线形、弧线形、或直线与弧线组合形。
[0018]本申请的第二方面提供一种显示设备，包括：上述第一方面所述的衍射光波导、光机和驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述光机将图像光向所述衍射光波导的所述耦入光栅投射。
[0019]可选地，所述光机投射的所述图像光的光轴垂直于所述衍射光波导的波导基板的表面。
[0020]可选地，所述显示设备为近眼显示设备，包括：镜片和用于将所述镜片保持为靠近眼镜的框架，所述镜片包括所述衍射光波导。
[0021]可选地，所述显示设备为增强现实显示设备或虚拟现实显示设备。
[0022]本申请的用于光学扩瞳的衍射光波导，利用过渡耦出光栅，可以形成从亮到暗的渐变耦出，使得位于最外侧的一维光栅和位于中间的二维光栅的过渡更为自然，不产生明显的亮暗交界线，同时达到高效率和良好非均匀性的技术效果。进而，使得人眼在佩戴光波导显示设备后，对不同入射方向光的亮度变化的感受更加缓和，视场内的光线更加明亮，同时也避免人眼在衍射光波导的视窗中活动时观察到的图像出现较大的明暗变化，改善包括该衍射光波导的显示设备的显示效果，进而提升用户的使用体验。
[0023]本申请的显示设备由于包括前述的衍射光波导，因此，具有和衍射光波导基本相同的优点。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光学扩瞳的衍射光波导，其特征在于，包括：波导基板，所述波导基板包括耦入区域和耦出区域，其中，所述耦出区域包括第一耦出区域、第二耦出区域和过渡区，所述过渡区设置于所述第一耦出区域和所述第二耦出区域之间；耦入光栅，设置在所述波导基板之上或之中并位于所述耦入区域，配置为将输入光耦合到所述波导基板中以使之通过全反射在所述波导基板内传播；耦出光栅，设置在所述波导基板之上或之中并位于所述耦出区域，用于使传播到其中的光的至少一部分通过衍射耦合出所述波导基板，其中，所述耦出光栅包括设置于所述第一耦出区域的第一耦出光栅、设置于所述第二耦出区域的第二耦出光栅和设置于所述过渡区的多个过渡耦出光栅，所述第一耦出光栅包括一维光栅，所述第二耦出光栅包括二维光栅，所述第一耦出光栅和所述第二耦出光栅沿第一方向排布，所述过渡区包括多个分区，每个分区对应设置一所述过渡耦出光栅，其中，每个所述过渡耦出光栅包括第一矢量方向、第二矢量方向和第三矢量方向，每个所述过渡耦出光栅的第三矢量方向和所述第一耦出光栅的矢量方向平行，所述第一矢量方向和所述第三矢量方向具有第一夹角，所述第二矢量方向和所述第三矢量方向具有第二夹角，任意在与所述第一方向平行的方向上相邻的两个所述过渡耦出光栅中与所述第二耦出光栅距离较近者对应的所述第一夹角大于距离较远者对应的所述第一夹角，和/或，任意在与所述第一方向平行的方向上相邻的两个所述过渡耦出光栅中与所述第二耦出光栅距离较近者对应的所述第二夹角大于距离较远者对应的所述第二夹角。2.如权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述第二耦出光栅邻近所述耦入光栅的区域在所述第一方向上具有第一长度，所述耦入光栅在所述第一方向上具有第二长度，其中，所述第一长度不小于所述第二长度。3.如权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述第三矢量方向与第二方向成预定角度，每个所述过渡耦出光栅的第一矢量方向与所述第二方向成第一角度，每个所述过渡耦出光栅的第二矢量方向与所述第二方向成第二角度，其中，所述第二方向和所述第一方向垂直，所述第一角度不大于所述预定角度且大于10度，所述第二角度小于120度且不小于所述预定角度。4.如权利要求3所述的衍射光波导，其特征在于，任意在与所述第一方向平行的方向上相邻的两个所述过渡耦出光栅中与所述第二耦出光栅距离较近者对应的所述第一角度小于距离较远者对应的所述第一角度，和/或，任意在与所述第一方向平行的方向上相邻的两个所述过渡耦出光栅中与所述第二耦出光栅距离较近者对应的所述第二角度大于距离较远者对应的所述第二角度。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋昱铭，窦晨浩，田克汉，
申请(专利权)人：北京驭光科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：